CN104410338A - 抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置及控制方法 - Google Patents

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魏海峰
张懿
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple

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Abstract

本发明公开了一种抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置，包括电压型逆变器、无刷直流电机和控制器，所述电压型逆变器的输出端分别对应连接无刷直流电机的三相绕组，而控制器的输入端连接无刷直流电机的霍尔信号输出端，且所述控制器的输出端分别连接电压型逆变器的6个功率管的控制端，用于控制各功率管的开通与关闭。此种控制装置可有效抑制换相转矩脉动，拓展无刷直流电机的应用范围。本发明还公开一种基于前述抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置的控制方法。

Description

抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于控制领域，特别涉及一种用于抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置及控制方法。
背景技术
无刷直流电机具有体积小、性能好、结构简单、可靠性高、输出转矩大等优点，然而无刷直流电机换相时产生的换相转矩脉动，可引起电机抖动、噪声，限制了该类电机的应用范围。以无刷直流电机二二导通、三相六状态为例，高速运转的无刷直流电机在换相的时候，导通相电流的上升速率小于关断相电流的下降速率，这就产生了换相转矩脉动，进而通过制定一种减缓开通相电流的上升速率使两者的电流变化率趋于一致就能起到很好的抑制效果。因此，采用一种抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置来抑制转矩脉动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置及控制方法，其可有效抑制换相转矩脉动，拓展无刷直流电机的应用范围。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置，包括电压型逆变器、无刷直流电机和控制器，其中，电压型逆变器包括直流电压源和三相桥式逆变器，三相桥式逆变器由6个功率管两两一组先串联再并联形成，所述直流电压源连接三相桥式逆变器的输入端，三相桥式逆变器的三个输出端作为电压型逆变器的输出端；所述电压型逆变器的输出端分别对应连接无刷直流电机的三相绕组，而控制器的输入端连接无刷直流电机的霍尔信号输出端，且所述控制器的输出端分别连接电压型逆变器中的6个功率管的控制端，用于控制各功率管的开通与关闭。
上述电压型逆变器还包括三个电容器，三个电容器的一端分别与三相桥式逆变器的三个输出端对应连接，三个电容器的另一端连接于一点。
一种基于如前所述的抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置的控制方法，包括如下步骤：
(1)采用无刷直流电机输出霍尔信号；
(2)采用控制器接收所述霍尔信号；
(3)控制器根据所述霍尔信号计算得到无刷直流电机的换相关断相X，X指代三相绕组A、B、C，且存在如下表所示的对应状态：
状态 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-1
霍尔器状态 110-100 100-101 101-001 001-011 011-010 010-110
换相关断相X A C B A C B
(4)在关断相X关断调制时，控制器给所述关断相X提供一个占空比信号，其占空比为的±1％范围内，其中，Em为反电动势幅值，Udc为直流母线电压。
上述步骤(3)和(4)中，换相关断相X指的是此时从导通到关断的那一相。
上述步骤(4)中，占空比为时，关断相电流的下降速率趋近于导通相电流的上升速率。
采用上述方案后，本发明通过减缓关断相的电流下降速率，使其趋近于导通相电流的上升速率，从而有效抑制转矩脉动，防止无刷直流电机在换相时产生的电机抖动、噪声等现象，扩展无刷直流电机的应用范围，且控制装置结构简单。
附图说明
图1是本发明抑制装置的整体架构图；
图2是无刷直流电机各相绕组的感应电势和输入电流图；
其中，(a)、(b)、(c)分别表示A、B、C三相绕组的感应电势，(d)、(e)、(f)分别表示A、B、C三相绕组的输入电流；
图3是本发明抑制方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明一种抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置，包括电压型逆变器、无刷直流电机和控制器，其中，电压型逆变器包括直流电压源和三相桥式逆变器，三相桥式逆变器由6个功率管MOS1-MOS6两两一组先串联再并联形成，所述直流电压源连接三相桥式逆变器的输入端，而三个电容器的一端分别与三相桥式逆变器的三个输出端对应连接，三个电容器的另一端连接于一点，且三相桥式逆变器的三个输出端作为电压型逆变器的输出端；所述电压型逆变器的输出端分别对应连接无刷直流电机的三相绕组(也即三个电容器并联在三相绕组两端，用于吸收换流时负载电感中存储的能量)，而控制器(本实施例采用单片机)的输入端连接无刷直流电机的霍尔信号输出端，且所述控制器的输出端分别连接电压型逆变器中的6个功率管的控制端，用于控制各功率管的开通与关闭。
如图2所示，是无刷直流电机各相绕组的感应电势和输入电流图，三相反电动势为梯形波，梯形波平顶宽度为120°电角，三相对称，控制电流为理想方波，与梯形波反电动势平顶等宽，电流与反电动势同正负，在某一运行状态里，电磁转矩正比于各相感应电动势和输入电流乘积之和。
结合图3，本发明还提供一种基于前述抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置的控制方法，包括如下步骤：
(1)采用无刷直流电机输出霍尔信号；
(2)采用单片机接收所述霍尔信号；
(3)单片机根据所述霍尔信号计算得到无刷直流电机的换相关断相X，X指代三相绕组A、B、C，且存在如下表所示的对应状态：
状态 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-1
霍尔器状态 110-100 100-101 101-001 001-011 011-010 010-110
换相关断相X A C B A C B
(4)在关断相X关断调制时，控制器给所述关断相X提供一个占空比信号，其占空比为可在±1％范围内波动，其中，Em为反电动势幅值，Udc为直流母线电压；其中，反电动势幅值的计算公式是：
E m = C e φn
式中，Ce为无刷直流电机的电动势系数，φ为无刷直流电机的转子磁通，n为无刷直流电机的转速。
上述步骤(3)和(4)中，换相关断相X指的是此时从导通到关断的那一相，而不是一直维持关断的那一相。
上述步骤(4)中，占空比为时，关断相电流的下降速率趋近于导通相电流的上升速率。
综上，本发明一种抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置及控制方法，根据无刷直流电机的运行状态，用控制器控制关断相调制时的占空比，来使换相转矩脉动减小，达到无刷直流电机低速运行时转矩脉动小的要求。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置，其特征在于：包括电压型逆变器、无刷直流电机和控制器，其中，电压型逆变器包括直流电压源和三相桥式逆变器，三相桥式逆变器由6个功率管两两一组先串联再并联形成，所述直流电压源连接三相桥式逆变器的输入端，三相桥式逆变器的三个输出端作为电压型逆变器的输出端；所述电压型逆变器的输出端分别对应连接无刷直流电机的三相绕组，而控制器的输入端连接无刷直流电机的霍尔信号输出端，且所述控制器的输出端分别连接电压型逆变器中的6个功率管的控制端，用于控制各功率管的开通与关闭。
2.如权利要求1所述的抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置，其特征在于：所述电压型逆变器还包括三个电容器，三个电容器的一端分别与三相桥式逆变器的三个输出端对应连接，三个电容器的另一端连接于一点。
3.一种基于如权利要求1所述的抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采用无刷直流电机输出霍尔信号；
(2)采用控制器接收所述霍尔信号；
(3)控制器根据所述霍尔信号计算得到无刷直流电机的换相关断相X，X指代三相绕组A、B、C，且存在如下表所示的对应状态：
状态 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-1 霍尔器状态 110-100 100-101 101-001 001-011 011-010 010-110 换相关断相X A C B A C B
(4)在换相关断相X关断调制时，控制器给所述换相关断相X提供一个占空比信号，其占空比为的±1％范围内，其中，Em为反电动势幅值，Udc为直流母线电压。
4.根据权利要求3所述的抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制方法，其特征在于：所述步骤(3)和(4)中，关断相X指的是此时从导通到关断的那一相。
5.如权利要求3所述的抑制无刷直流电机高速转矩脉动的控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中，占空比为时，关断相电流的下降速率趋近于导通相电流的上升速率。
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